Transcript Slide 1
Chapter 8 الباب الثامن The Cellular Basis of األساس الخلوي Reproduction للتكاثر and Inheritance والوراثة PowerPoint Lectures for Biology: Concepts & Connections, Sixth Edition Campbell, Reece, Taylor, Simon, and Dickey Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Lecture by Richard L. Myers Translated by Nabih A. Baeshen CONNECTIONS BETWEEN CELL DIVISION AND REPRODUCTION الروابط بين االنقسام الخلوي والتكاثر Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.1 Like begets like, more or less َقل أو َك ُثر،الذرية تشبه اآلباء Living organisms reproduce by two methods . تتكاثر الكائنات الحية بطريقتين – Asexual reproduction التكاثر الال جنسي – Offspring are identical to the original cell or organism .– الذرية تماثل الخلية األصلية أو الكائن الحي – Involves inheritance of all genes from one parent .– تتضمن وراثة كل الجينات من أحد األبوين – Sexual reproduction التكاثر الجنسي – Offspring are similar to parents, but show variations in traits .– الذرية تشبه األبوين مع تنوع في الصفات – Involves inheritance of unique sets of genes from two parents .– تتضمن وراثة مجموعة معينة من جينات كال األبوين Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.3 Prokaryotes reproduce by binary fission الكائنات أولية النواة تتكاثر باالنشقاق الثنائي Binary fission means “dividing in half” “ يعني االنشقاق الثنائي ”االنقسام إلى نصفين – Occurs in prokaryotic cells – يحدث في الخاليا أولية النواة – Two identical cells arise from one cell – ينتج خليتين متماثلتين من خلية واحدة – Steps in the process: :– خطوات هذه العملية – A single circular chromosome duplicates, and the copies begin to separate from each other وتبدأ ال ُنسختين في االنفصال عن بعضهما البعض,– يتضاعف الكروموزوم الحلقي الوحيد – The cell elongates, and the chromosomal copies separate further ويزداد انفصال النسختين الكروموزموتين أكثر فأكثر,– تستطيل الخلية – The plasma membrane grows inward at the midpoint to divide the cells – ينمو غشاء البالزما ممتداً إلى الداخل في نقطة المنتصف ليقسم الخلية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Plasma membrane غشاء البالزما Prokaryotic chromosome كروموزوم الخلية أولية النواة Cell wall الجدار الخلوي 1 Duplication of chromosome مضاعفة الكروموزوم and separation of copies وانفصال نسختيه Binary fission of a prokaryotic cell االنشقاق الثنائي لخلية أولية النواة 2 Continued elongation of the استمرار استطالة cell and movement of copiesالخلية وحركة النسختين 3 Division into two daughter cells اإلنقسام إلى خليتين بنويتين THE EUKARYOTIC CELL CYCLE AND MITOSIS دورة الخلية حقيقية النواة واالنقسام الفتيلي Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.4 The large, complex chromosomes of eukaryotes duplicate with each cell division الكروموزومات الكبيرة المعقدة للخاليا حقيقية النوة تتضاعف مع كل انقسام خلوي Eukaryotic chromosomes are composed of chromatin تتكون كروموزومات الخاليا حقيقية النواة من مادة الكروماتين – Chromatin = DNA + proteins بروتينات+ – الكروماتين = دنا – To prepare for division, the chromatin becomes highly compact, and the chromosomes are visible with a microscope وتصبح الكروموزومات مرئية بالمجهر, يتكثف الكروماتين بدرجة علية,– تمهيداً لالنقسام – Early in the division process, chromosomes duplicate – تتضاعف الكروموزومات في المرحلة المبكرة لالنقسام – Each chromosome appears as two sister chromatids, containing identical DNA molecules تحتوي كل منهما على جزئ واحد من,– يبدو كل كروموزوم منشطراً إلى كروماتيدياتين شقيقين الدنا متماثل لشقيقة – Sister chromatids are joined at the centromere, a narrow region المنطقة الضيقة,– وتتصل الكروماتيدتين الشقيقة بالقطعة المركزية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Sister chromatids الكروماتيدتين الشقيقة Chromosome duplication تضاعف الكروموزوم Sister chromatids Centromere القطعة المركزية الكروماتيدتين الشقيقة التوزيع الكروموزومي على الخاليا البنوية Electron micrograph of a duplicated chromosome صورة بالمجهر لكروموزم متضاعف Chromosome distribution to daughter cells Chromosome duplication and distribution تضاعف وتوزيع الكروموزم 8.5 The cell cycle multiplies cells تعمل دورة الخلية على ُمضاعفة الخاليا The cell cycle is an ordered sequence of events for cell division دورة الخلية هي عملية تسلسلية مُنظمة لالنقسام الخلوي It consists of two stages وتتكون من مرحلتين Interphase: duplication of cell contents مضاعفة محتويات الخلية:الطور البيني G1: growth, increase in cytoplasm . G1نمو وزيادة السيتوبالزمS: duplication of chromosomes Sمضاعفة الكروموزوماتG2: growth, preparation for division G2التمهيد لإلنقسامMitotic phase: division االنقسام:مرحلة االنقسام الفتيلي Mitosis: division of the nucleus انقسام النواة:االنقسام الفتيلي Cytokinesis: division of cytoplasm االنقسام السيتوبالزمي:انقسام السيتوبالزم Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. INTERPHASE S G1 (DNA synthesis) G2 The eukaryotic cell cycle دورة الخلية حقيقية النواة 8.6 Cell division is a continuum of dynamic changes االنقسام الخلوي تغيرات حركية مستمرة Mitosis progresses through a series of stages يتم االنقسام الفتيلي عبر سلسلة من األطوار المتتالية الطور التمهيدي الطور ما قبل االستوائي الطور االستوائي الطور االنفصالي الطور النهائي Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase – – – – – Cytokinesis often overlaps telophase االنقسام السيتوبالزمي غالبا ً ما يتداخل مع الطور النهائي Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.6 Cell division is a continuum of dynamic changes االنقسام الخلوي تغيرات حركية مستمرة A mitotic spindle is required to divide the chromosomes إن المغزل الفتيلي مطلوب النقسام الكروموزمومات – The mitotic spindle is composed of microtubules – يتكون المغزل الفتيلي من أنبيبات دقيقة – It is produced by centrosomes, structures in the cytoplasm that: : وهي التراكيب السيتوبالزمية المسئولة عن,المركزية بإنتاجه – تقوم األجسام – Organize microtubule arrangement – تنظيم وترتيب األنبيبات الدقيقة – Contain a pair of centrioles in animal cells – تحتوي على زوجين من الجسيمات المركزية في كل خلية حيوانية – The role of centrioles in cell division is unclear – دور الجسيمات المركزية في االنقسام الخلوي غير معروف Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. INTERPHASE الطور البيني PROPHASE الطور التمهيدي PROMETAPHASE طور ما قبل االستوائي Fragments of Centrosomes ChromatinEarly mitotic spindle Centrosome Nuclear envelope مغزل فتيلي مبكر (with centriole pairs) جسم مركزي شظايا الغالف النووي Nucleolus النوية Nuclear Envelope الغالف النووي Plasma Membrane الغشاء البالزمي Centromere القطعة المركزية Chromosome, consisting of two sister chromatids الكروموزم يتكون من كروماتيدتين شقيقة Kinetochore مركز الحركة Spindle Microtubules أنيبيات دقيقة مغزلية 8.6 Cell division is a continuum of dynamic changes االنقسام الخلوي تغيرات حركية مستمرة Interphase الطور البيني – In the cytoplasm في السيتوبالزم – Cytoplasmic contents double تضاعُف المحتويات السيتوبالزمية – Two centrosomes form تكوين اثنين من االجسام المركزية – In the nucleus في النواة – Chromosomes duplicate during the S phase تتضاعف الكروموزومات أثناء طورS – – Nucleoli, sites of ribosome assembly, are visible – تصبح النويات ”مواضع تصنيع الريبوسومات“ مرئية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. METAPHASE الطور االستوائي ANAPHASE الطور االنفصالي Metaphase plate الصفيحة االستوائية TELOPHASE AND CYTOKINESIS الطور النهائي واالنقسام السيتوبالزمي Cleavage furrow التخصر Nucleolus Forming تكون النويه Spindle مغزل Daughter chromosomes كروموزومات شقيقة Nuclear envelope Forming تكون الغالف النووي 8.7 Cytokinesis differs for plant and animal cells يختلف االنقسام السيتوبالزمي في النبات عن الحيوان Cytokinesis – Cleavage in animal cells االنقسام الخلوي التخصر في الخاليا الحيوانية – A cleavage furrow forms from a contracting ring of microfilaments, interacting with myosin – يتكون أخدود التخصر بواسطة حلقة منقبضة من الخيوط الدقيقة المتفاعلة مع الميوسين – The cleavage furrow deepens to separate the contents into two cells – يأخذ أخدود التخصر في التعمق فاصالً بذلك المحتويات إلى خليتين – Cytokinesis in plant cells االنقسام الخلوي في النبات – A cell plate forms in the middle from vesicles containing cell wall material – تتكون الصفيحة الخلوية في الوسط من حويصالت تحتوي على مادة الجدار الخلوي – The cell plate grows outward to reach the edges, dividing the contents into two cells قاسمة بذلك المحتويات إلى خليتين,– تنمو الصفيحة الخلوية بعيداً عن الوسط لتصل إلى الحواف – Each cell has a plasma membrane and cell wall – ولكل خلية غشاء بالزمي وجدار خلوي Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Cleavage furrow أخدود التفلج Contracting ring of Microfilaments انقباض حلقي من الخيوط الدقيقة Daughter cells خليتين شقيقتين Wall of parent cell Cell plate forming Daughter nucleus تكون الصفيحة الخلوية الجدار الخلوي للخلية األم النواة البنويه جدار خلوي جديد New cell wall Daughter cells خليتان بنويتان جدار خلوي Cell wall Cell plate صفيحة خلوية Vesicles containing cell wall material حويصالت تحتوي على مادة الجدار الخلوي )Growth (in an onion root النمو (في احدي جذور نبات البصل) Mitosis اإلنقسام الميتوزى Late Anaphase الطور اإلنفصالى المتأخر Telophase الطور النهائى Early Anaphase الطور اإلنفصالى المبكر Midi Anaphase الطور اإلنفصالى المتوسط Telophase الطور النهائى prophase الطور التمهيدى Metaphase الطور اإلستوائى MEIOSIS AND CROSSING OVER االنقسام االختزالي والعبور الوراثي Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.12 Chromosomes are matched in homologous pairs تتوافق الكروموزومات في أزواج متماثلة Somatic cells have pairs of homologous chromosomes, receiving one member of each pair from each parent والتي تستقبل عضو واحد من, الخاليا الجسدية لديها أزواج من الكروموزومات المتماثلة كل زوج من كل أبوين Homologous chromosomes are matched in تتوافق الكروموزومات المتماثلة في – Length الطول – Centromere position موقع القطعة المركزية – Gene locations مواقع الجينات – A locus (plural, loci) is the position of a gene – الموضع هو المكان الذي يحتله الجين – Different versions of a gene may be found at the same locus on maternal and paternal chromosomes – يمكن أن تكون هناك عدة هيئات مختلفة للجين وهو في نفس موضعه سواءا على الكروموزومات األم أو األب Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 8.12 Chromosomes are matched in homologous pairs تتوافق الكروموزومات في أزواج متماثلة The human sex chromosomes X and Y differ in size and genetic composition تختلف الكروموزومات الجنسية في الحجم وفيY وX البشرية التركيب الجيني Pairs of autosomes have the same size and genetic composition تمتلك أزواج الكروموزومات الذاتية نفس الحجم والتركيب الجيني Homologous pair ofchromosomes زوج كروموزومي متماثل Centromere القطعة المركزية Sister chromatids One duplicated الكروماتيدات الشقيقة chromosome كروموزوم متضاعف A homologous pair of chromosomes زوج كروموزومي متماثل 8.13 Gametes have a single set of chromosomes الجاميطات بها مجموعة أحادية من الكروموزومات Meiosis is a process that converts diploid nuclei to haploid nuclei االنقسام االختزالي هي العملية التي تتحول بها النواة الثنائية إلى نواة أحادية – Diploid cells have two homologous sets of chromosomes – الخاليا الثنائية بها مجموعتين متماثلة من الكروموزومات ”العدد الكروموزومي الثنائي“ – Haploid cells have one set of chromosomes – الخاليا األحادية بها مجموعة أحادية من الكروموزومات ”العدد الكروموزومي األحادي“ – Meiosis occurs in the sex organs, producing gametes—sperm and eggs – يحدث االنقسام االختزالي في األعضاء التناسلية منتجا ً الجاميطات وهي الحيوانات المنوية والبيض بكل منهما العدد الكروموزومي األحادي Fertilization is the union of sperm and egg االخصاب هو اتحاد الحيوان المنوي بالبيضة – The zygote has a diploid chromosome number, one set from each parent – يوجد بالالقحة ”الخلية ال ُمخصبة“ العدد الكروموزومي الثنائي بمساهمة مجموعة كروموزومية من كل أب )Haploid gametes (n = 23 جاميطات أحادية العدد الكروموزومي خلية بيضيةEgg cell n n Fertilization اإلخصاب 2n Sperm cell خلية منوية Diploid zygote )(2n = 46 الالقحة ثنائية العدد الكروموزومي Multicultural diploid )Adults (2n = 46 فردان بالغان يتكون كل منهما من خاليا ثنائية العدد الكروموزومي The human life cycle دورة حياة االنسان Mitosis and development االنقسام الفتيلي والنمو الجنيني Meiosis االنقسام االختزالي 8.14 Meiosis reduces the chromosome number from diploid to haploid االنقسام االختزالي يعمل على تنصيف العدد الكروموزومي الثنائي إلى العدد الكروموزومي أحادي Like mitosis, meiosis is preceded by interphase ُ يفتتح االنقسام االختزالي بالطور البيني مثله مثل االنقسام الفتيلي – Chromosomes duplicate during the S phase – تتضاعف الكروموزومات خالل مرحلة S Unlike mitosis, meiosis has two divisions االنقسام االختزالي يتكون من انقسامين متتاليين بعكس االنقسام الفتيلي – During meiosis I, homologous chromosomes separate – يتم انفصال األزواج الكروموزومية المتماثلة أثناء االنقسام االختزالي األول – The chromosome number is reduced by half – يتم اختزال عدد الكروموزومات إلى النصف – During meiosis II, sister chromatids separate – يتم انفصال الكروماتيدات الشقيقة أثناء االنقسام االختزالي الثاني – The chromosome number remains the same – يبقي العدد الكروموزومي كما هو 8.14 Meiosis reduces the chromosome number from diploid to haploid االنقسام االختزالي يعمل على تنصيف العدد الكروموزومي الثنائي إلى العدد الكروموزومي أحادي Events in the nucleus during meiosis I األحداث التي تجري في النواة أثناء االنقسام االختزالي األول الطور التمهيدي األول –Prophase I – Chromosomes coil and become compact – تلتف الكروموزومات وتصبح مضغوطة – Homologous chromosomes come together as pairs by synapsis – تقترب الكروموزومات المتماثلة من بعضها البعض متزاوجة بعملية االقتران – Each pair, with four chromatids, is called a tetrad – كل زوج كروموزومي به أربع كروماتيدات يسمي وحدة رباعية الكروموزوم – Nonsister chromatids exchange genetic material by crossing over – تتبادل الكروماتيدات غير الشقيقة المادة الوراثية بعملية العبور الوراثي MEIOSIS I: Homologous chromosomes separate االنقسام االختزالي األول :انفصال األزواج الكروموزمومية المتماثلة ANAPHASE I الطور االنفصالي األول Sister chromatids remain attached تبقي الكروماتيدات الشقيقة متصلة METAPHASE I الطور االستوائي األول PROPHASE I الطور التمهيدي األول Sites of crossing over مواقع العبور الوراثي Microtubules Metaphase Plate attached to االستوائية الصفيحة Kinetochore األنبيبات الدقيقة متصلة Spindle بمركز الحركة مغزل Homologous chromosomes separate انفصال الكرزموزومات المتماثلة Centromere )(with kinetochore القطعة المركزية (وبها مركزالحركة) Tetrad وحدة رباعي الكروموزوم INTERPHASE الطور البيني Centrosomes (with )Centriole pairs األجسام المركزية (وبها أزواج الجسيمات المركزية) Sister Chromatin Chromatids كروماتيدتين شقيقة الكروماتين The stages of miosis I أطوار االنقسام االختزالي األول Nuclear Envelope الغالف النووي MEIOSIS II: Sister chromatids separate االنقسام االختزالي الثاني :انفصال الكروماتيدات الشقيقة TELOPHASE II AND CYTOKINESIS الطور النهائي الثاني واالنقسام السيتوبالزمي ANAPHASE II الطور االنفصالي الثاني METAPHASE II الطور االستوائي الثاني PROPHASE II الطور التمهيدي الثاني TELOPHASE I AND CYTOKINESIS الطور النهائي األول واالنقسام السيتوبالزمي Cleavage furrow أخدود التخصر Haploid daughter cells forming تكون الخاليا األحادية البنوية Sister chromatids Separate انفصال الكروماتيدات الشقيقة The stages of miosis II أطوار االنقسام االختزالي الثاني MEIOSIS اإلنقسام الميوزى TETRAD الطور رباعى الخاليا TELOPHASE II الطور النهائى الثانى ANAPHASE II الطور اإلنفصالى الثانى C B A F E D I H G الطور التمهيدى األول PROPHASE I الطور اإلستوائى األول METAPHASE I الطور اإلنفصالى األول ANAPHASE I الطور النهائى األول TELOPHASE I الطور التمهيدى الثانى PROPHASE II الطور اإلستوائى الثانى METAPHASE II الطور اإلنفصالى الثانى ANAPHASE II الطور النهائى الثانى TELOPHASE II الطور رباعى الخاليا TETRAD A. B. C. D. E. F. G. H. I. Chapter 9 الباب التاسع Patterns of Inheritance أنماط الوراثة PowerPoint Lectures for Biology: Concepts & Connections, Sixth Edition Campbell, Reece, Taylor, Simon, and Dickey Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Lecture by Richard L. Myers Translated by Nabih A. Baeshen MENDEL’S LAWS قوانين مندل Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 9.1 The science of genetics has ancient roots إن علم الوراثة ذو جذور قديمة Pangenesis was an early explanation for inheritance كانت نظرية شمولية التكوين إحدى التفسيرات المبكرة للوراثة It was proposed by Hippocrates اقترحها أبقراط Particles called pangenes came from all parts of the organism to be incorporated into eggs or sperm هناك جسيمات تسمي جينات شمولية تأتي من جميع أجزاء الكائن الحي لتستقر في البيض أو الحيوانات المنوية Characteristics acquired during the parents’ lifetime could be transferred to the offspring يمكن توريث الصفات التي يكتسبها األبوين أثناء حياتهما للذرية Aristotle rejected pangenesis and argued that instead of particles, the potential to produce the traits was inherited فإن ما يورث هو االستعداد لتوريث, رفض أرسطو نظرية شمولية التكوين واقترح أنه بدالً من الجسيمات الصفات Blending was another idea, based on plant breeding قائمة على التهجين النباتي, الخلط كان فكرة أخرى Hereditary material from parents mixes together to form an intermediate trait, like mixing paint مثل خلط األلوان, تختلط المادة الوراثية من األبوين مُكونة صفات بينية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 9.2 Experimental genetics began in an abbey garden )بدأت التجارب الوراثية في حديقة دير (كنيسة Gregor Mendel discovered principles of genetics in experiments with the garden pea توصل جريجور مندل إلى مبادئ الوراثة بتجاربه التي أجراها على البسلة Mendel showed that parents pass heritable factors to offspring (heritable factors are now called genes) ) أوضح مندل أن الذرية ترث العوامل الوراثية من األبوين (تسمي العوامل الوراثية حاليا ً الجينات Advantages of using pea plants مزايا استخدام نبات البسلة Controlled matings “التزاوج المضبوط ”الضابط Self-fertilization or cross-fertilization االخصاب الذاتي أو االخصاب الخلطي Observable characteristics with two distinct forms لكل من الصفات الملحوظة هيئتين متميزتين ٍ يوجد True-breeding strains Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. سالالت نقيه إزاحة Removed األسدية stamens From من Purple Flower الزهرة البنفسجية ابيض White 1 السداة Stamens Transferred pollen from stamens of White flower to carpel of purple flower نقل حبوب اللقاح من أسدية الزهرة البيضاء إلى كربلة الزهرة البنفسجية 2 Purple بنفسج Pollinated carpel matured into pod نضجت الكربلة الملقحة مكونة القرن الذي به البذور Planted seeds from pod البذور المزروعة من القرن Carpel الكربلة Parents )(P اآلباء 3 4 Offspring )(F1 الذرية Mendel’s technique for cross-fertilization of pea plants التقنية التي استخدمها مندل للقيام باالخصاب الخلطي لنبات البسلة Character الصفة Dominant Trait الهيئة السائدة Recessive Trait الهيئة المتنحية Flower color لون الزهرة Purple بنفسجي White أبيض Flower position موضع الزهرة Axial جانبي Terminal طرفي Seed color لون البذرة Yellow أصفر Green أخضر Seed shape شكل البذرة Round مستدير Wrinkled مجعد Pod shape شكل قرن البذور Inflated كاملة Constricted ُمخصره Pod color لون قرن البذور Stem length طول الساق Green خضراء Tall طويل Yellow صفراء Dwarf قصير The seven pea characteristics studied by Mendel الصفات السبعة التي درسها مندل 9.3 Mendel’s law of segregation describes the inheritance of a single character يصف قانون االفتراق لمندل كيفية وراثة صفة واحدة Example of a monohybrid cross مثال لتهجين أحادى Parental generation: purple flowers white flowers الزهور البنفسجية × الزهور البيضاء: الجيل األبوي F1 generation: all plants with purple flowers كل النباتات لها زهور بنفسجية:األول1 جيل الذرية F2 generation: of plants with purple flowers of plants with white flowers نباتات لها زهور بنفسجية:2 جيل الذرية نباتات لها زهور بيضاء Mendel needed to explain “ استعان مندل لتفسير هذه النتائج ”باإلجابة على األسئلة التالية Why one trait seemed to disappear in the F1 generation 1 ما سبب اختفاء هيئة واحدة في جيل الذرية Why that trait reappeared in one quarter of the F2 offspring 2 ما سبب عودة ظهور تلك الهيئة في ربع من الذرية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. P generation جيل أبوى (true-breeding (نسل parents) )أبوي نقي Purple flowers زهور بنفسجية White flowers زهور بيضاء All plants have purple flowers F1 generation 1 جيل الذرية كل النباتات لها زهور بنفسجية Fertilization among F1 plants (F1 ´ F1) 1 االخصاب بين نباتات الذرية )1 مع الذرية1 (الذرية F2 generation 2 جيل الذرية ¾ of plants have purple flowers ¾ النباتات لها زهور بنفسجية ¼ of plants have white flowers ¼ النباتات لها زهور بيضاء Crosses tracking one character (flower color) )متابعة وراثة صفة واحدة من خالل التهجينات المتتالية (لون الزهرة Gene loci مواقع الجينات Dominant allele أليل سائد Genotype: النوع الوراثي P a B P a b PP aa Bb Homozygous نقي for the لألليل السائد dominant allele Homozygous نقي for the لألليل المتنحي recessive allele Recessive allele أليل متنحي Heterozygous خليط Matching gene loci on homologous chromosomes توافق مواقع الجينات على الكروموزومات المتماثلة 9.8 CONNECTION: Genetic traits in humans can be tracked through family pedigrees يمكن اقتفاء أثر الهيئات الوراثية في االنسان عبر شجرة نسب األسرة:رابطة تطبيقية A pedigree شجرة النسب Shows the inheritance of a trait in a family through multiple generations توضح توارث الهيئة في أسرة ما عبر أجيال متتالية Demonstrates dominant or recessive inheritance تبين الهيئة الوراثية السائدة أو المتنحية Can also be used to deduce genotypes of family members يمكن استخدامها أيضا ً الستنتاج األنواع الوراثية ألعضاء األسرة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. الهيئات السائدة Examples of singlegene inherited traits in humans أمثلة على طرق توريث بعض الهيئات في االنسان Dominant Traits Freckles نمش Recessive Traits No freckles بدون نمش Widow’s peak مقدمة الشعر البارزة Straight hairline مقدمة الشعر المستقيمة Free earlobe شحمة أذن حرة Attached earlobe شحمة أذن ملتحمة الهيئات المتنحية Examples of single-gene inherited traits in humans أمثلة على طرق توريث بعض الهيئات في االنسان Dominant Traits الهيئات السائدة Recessive Traits الهيئات المتنحية Genotype التركيب الجينى FF or Ff ff Phenotype الشكل الظاهرى Free earlobe شحمة أذن حرة Attached earlobe شحمة أذن ملتحمة First generation (grandparents) Ff Ff ff Ff Ff ff )الجيل األول (األجداد Second generation (parents, aunts, and uncles) الخاالت,الجيل الثاني (الوالدين ) األخوال واألعمام,والعمات FF or Ff ff ff Ff Third generation (two sisters) )الجيل الثالث (شقيقتان Female أنثي ff Male ذكر FF or Ff Affected “متأثرين ”ملتحمة Unaffected “غير متأثرين ”حرة Pedigree showing inheritance of attached versus free earlobe in a hypothetical family شجرة نسب توضح توريث شحمة أذن حرة مقابل أخرى ملتحمة في أسرة افتراضية Parents األبوين Normal Dd طبيعي Eggs بيض Offspring الذرية DD Normal طبيعي Dd d ´ Sperm الحيوانات المنوية D D Normal Dd Normal (carrier) “طبيعي“حامل طبيعي d Dd Normal (carrier) “طبيعي“حامل dd Deaf صم َ َأ Offspring produced by parents who are both carriers for a recessive diorder ذرية والدين يحمل كل ً منهما اضطراب متنحي جدول 9.9 بعض اضطرابات الكرموزومات الجسدية في االنسان األعراض الرئيسية االضطراب نسبة الحدوث تعليقات االضطرابات المتنحية المهق التليف الحويصلي تراكم الجالكتوز قلة الصبغة في الجلد ,الشعر والعيون زيادة المخاط في الرئة ,القناة الهضمية ,الكب; زيادة القابلية لإلصابة بالعدوى, الموت في سن مبكر من الطفولة إال في حالة المعالجة تراكم الجالكتوز في األنسجة ,اإلعاقة العقلية ,تلف العين والكبد إسوداد البول تراكم الفينل أالنين في الدم ,نقص صبغة الجلد الطبيعية ,اإلعاقة العقلية مرض الخلية المنجلية خاليا دم حمراء منجلية ,تلف العديد من األنسجة مرض تاي-ساش تراكم الدهون في خاليا المخ ,القصور العقلي ,العمي ,الموت في الطفولة 1/22.000 مقدمة لسرطان الجلد 2.500 /1قوقازيين راجع نموذج 9.9 1/100.000 يتم عالجه بالتخلص من الجالكتوز من النظام الغذائي 1/10.000في أمريكا وأوروبا راجع نموذج 9.10 1/400األمريكان األفارقة راجع نموذج 9.13 3500 /1يهود أوروبا الوسطي راجع نموذج 4.11 االضطرابات السائدة نقص التعظم الغضروفي التقزم 25.000 /1 مرض الزهيمر ”نوع واحد“ تدهور القدرات العقلية ,تحدث في أواخر العمر غير معروف مرض هانتنجتون ارتفاع الكوليسترول تدهور القدرات العقلية وعدم القدرة على التحكم في الحركة ,تحدث في منتصف العمر زيادة الكوليسرول في الدم ,األمراض القلبية راجع نموذج 9.9 1/25.000وهم خليط راجع نموذج 9.9 1/500وهم خليط راجع نموذج 911 VARIATIONS ON MENDEL’S LAWS االختالفات عن قوانين مندل Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 9.11 Incomplete dominance results in intermediate phenotypes تؤدي السيادة غير التامة إلى أنواع وراثية وسطية Incomplete dominance السيادة غير التامة Neither allele is dominant over the other ال يسود أي أليل على األخر Expression of both alleles is observed as an intermediate phenotype in the heterozygous individual يتم مالحظة كال األليلين كنوع وراثي وسطي في الفرد الخليط Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. P generation الجيل األبوي Red أحمر RR White أبيض rr Gametes الجاميطات r R F1 generation 1 جيل الذرية Pink “قرمزي ”وردي Rr Gametes الجاميطات 1 – 2 R 1 – 2 r Sperm اللقاح R r RR RR rR 1 – 2 F2 generation 2 جيل الذرية 1 – 2 R Eggs بيض 1 – 2 r Rr 1 – 2 rr Incomplete dominance in snapdragon color السيادة غير التامة في لون زهور حنك السبع Extensions to Mendel When Mendel’s laws/results may not be observed Genetic Occurrence Polygenic inheritance وراثة التعدد الجينى Definition More than one gene can affect a single trait أكثر من جين واحد يؤثر فى صفة مفردة Examples • 4 genes are involved in determining eye color. ()لون العين • Human height ()طول اإلنسان • A pleiotropic allele dominant for Pleiotropy A single gene can affect more than one trait األثر المتعدد للجين Multiple alleles for one gene تعدد أليلى لجين واحد Dominance is not always complete السيادة ليست دائما كاملة Environmental factors عوامل بيئية Gene interaction التفاعل الجينى جين مفرد يؤثر فى أكثر من صفة Genes may have more than two alleles جينات تملك أكثر من أليلين • In incomplete dominance the heterozygote is yellow fur in mice is recessive for lethal developmental defect. ( لون فراء )الفئران األصفر •Sickle cell anemia ()أنيميا الخاليا المنجلية ABO blood types in humans ) فى اإلنسانABO (أنماط الدم intermediate. • In co-dominance no single allele is dominant, and the heterozygote shows some aspect of both homozygotes. • Human blood groups )(مجاميع دم اإلنسان Genes may be affected by the environment. Siamese cats ()القطط السيامى Products of genes can interact to alter genetic ratios. • The production of a purple pigment منتجات الجينات تتفاعل لتغير من النسب الوراثية in corn ()إنتاج الصبغة اإلرجوانى فى الذرة 9.20 Chromosomes determine sex in many species تحدد الكروموزومات الجنس في العديد من األنواع X-Y system in mammals, fruit flies ُمتبع في الثدييات وذباب الفاكهةX-Y نظام XX = female; XY = male = ذكرXY ; = أنثيXX X-O system in grasshoppers and roaches ُمتبع في الجراد والصراصيرX-O نظام XX = female; XO = male = ذكرXO ; = أنثيXX Z-W in system in birds, butterflies, and some fishes وبعض األسماك, الفراشات, في الطيورZ-W نظام ZW = female, ZZ = male = ذكرZZ ; = أنثيZW Chromosome number in ants and bees نظام العدد الكروموزومي ُمتبع في النمل والنحل Diploid = female; haploid = male العدد الكروموزومي للذكر, العدد الكروموزومي لألنثي )(male )(female (ذكر) (أنثي) 44 44 ’Parents + + diploid cells XY XXالخاليا األبوية ثنائية العدد الكروموزومي 22 + X 22 + X 22 + Y Sperm حيوانات منوية Egg بيضة 44 + XY Offspring )(diploid الذرية (ثنائية العدد الكروموزومي) 44 + XX X-Y system نظام X-Y CONNECTION: Male not female (responsible) for begetting either male or female babies رابطة تطبيقية :الذكر و ليس االنثى (مسئول) عن إنجاب مولود ذكراً كان أم أنثى يقول تبارك و تعالى فى كتابه الحكيم فى (سورة القيامة): بسم هللا الرحمن الرحيم َأ ح َْي حس ُب ْاْل حنس ُان َأن يُ ْ حْتكح ُسدً ى َ 36ألح ْم ي ح ُك ن ُْط حف ًة ِِّمن َّم ِّ يِن يُ ْم حن َُّ ُ 37ث حَك حن عحلح حق ًة ِ فح حخلح حق فح حس َّوى 38فح حج حع حل ِّمنْ ُه َّالز ْو حج ْ ِّْي َّاذل حك حر حو ْ أ ال حنث 39 صدق هللا العظيم كانت إمرأة أبى حمزة الضبى شاعرة ،و قد هجرها زوجها حين ولدت بنتا ً يوما ً بخبائها ،فإذا هى تفول: يظل فى البيت الذى يــلينا ما ألبى حمزة ال يأتينا تا هللا ما ذلك فى ايـــــدينا غضبـان أال نلد الــبنينا و إنما نأخذ ما أعطــينا و نحن كاألرض لزارعينا تنبت ما قد زرعوه فينا فرق لها و صالحها 22 + XX 22 + X X-O system X-O نظام 76 + ZW 76 + ZZ Z-W system Z-W نظام 32 16 Chromosome number system نظام العدد الكروموزومي Chapter 10 الباب العاشر Molecular Biology of the Gene البيولوجيا الجزيئية للجين PowerPoint Lectures for Biology: Concepts & Connections, Sixth Edition Campbell, Reece, Taylor, Simon, and Dickey Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Lecture by Richard L. Myers Translated by Nabih A. Baeshen MOLECULAR STRUCTURE OF THE GENETIC MATERIAL التركيب الجزيئي للمادة الوراثية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 10.2 DNA and RNA are polymers of nucleotides الدنا والرنا عبارة عن بوليمرات نيوكليوتيدية The monomer unit of DNA and RNA is the nucleotide, containing التي تحتوي على, وحدة التبلمر في الدنا والرنا تسمي نيوكليوتيدة – 5-carbon sugar – Phosphate group – Nitrogenous base سكر ُخماسي الكربون مجموعة فوسفات قاعدة نيتروجينية A sugar-phosphate backbone is formed by covalent bonding between the phosphate of one nucleotide and the sugar of the next nucleotide يتكون عمود السكر والفوسفات باالرتباط التساهمي بين فوسفات إحدى النيوكليوتيدات وسكر النيوكليوتيدة التالية Nitrogenous bases extend from the sugar-phosphate backbone تبرز القواعد النيتروجينية من عمود السكر والفوسفات Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Sugar-phosphate backbone عمود السكر والفوسفات Phosphate group مجموعة فوسفات Nitrogenous base قاعدة نيتروجينية Sugar سكر DNA nucleotide نيوكليوتيدة الدنا Nitrogenous base (A, G, C, or T) قاعدة نيتروجينية Phosphate group مجموعة فوسفات Thymine (T) )T( الثايمين Sugar (deoxyribose) )السكر (الدي أوكسي رايبوز DNA nucleotide نيوكليوتيدة الدنا DNA polynucleotide متعدد نيوكليوتيدات الدنا The structure of DNA polynucleotide تركيب متعدد نيوكليوتيدات الدنا 10.3 DNA is a double-stranded helix الدنا عبارة عن حلزون مزدوج الخيوط DNA is composed of two polynucleotide chains joined together by hydrogen bonding between bases, twisted into a helical shape يتكون الدنا من سلسلتين من متعدد النيوكليوتيدات تتصل ببعضها البعض بروابط هيدروجينية بين القواعد النيتروجينية ملتفة حول بعضها البعض في شكل حلزوني – The sugar-phosphate backbone is on the outside – يوجد عمود السكر والفوسفات خارج الحلزون – The nitrogenous bases are perpendicular to the backbone in the interior – أما القواعد النيتروجينية فهي متعامدة على هذا العمود في داخلة – Specific pairs of bases give the helix a uniform shape – تتزاوج القاعدة النيتروجينية بطريقة خاصة معطية الحلزون شكل منتظم A pairs with T, forming two hydrogen bonds – يتزاوج األدنين من الثايمين فيكونا رابطتين هيدروجينية G pairs with C, forming three hydrogen bonds – – – يتزاوج الجوانين مع السايتوسين فيكونا ثالث روابط هيدروجينية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Hydrogen bond رابطة هيدروجين Base pair زوج قاعدي Ribbon model النموذج الشريطي Partial chemical structure التركيب الكيميائي لجزء من الدنا Three presentations of DNA ثالثة عروض لشكل الدنا Computer model نموذج حاسوبي 11.3 DNA packing in eukaryotic chromosomes helps regulate gene expression تعبئة الدنا في كروموزومات الكائنات حقيقية النواة تساعد في التحكم في التعبير الجيني Eukaryotic chromosomes undergo multiple levels of folding and coiling, called DNA packing والتي تسمي تعبئة, تمر كروموزومات الكائنات حقيقية النواة بعدة مستويات من الطي وااللتفاف الدنا – Nucleosomes are formed when DNA is wrapped around histone proteins – تتكون األجسام النووية عند التفاف الدنا حول البروتينات الهيستونيه – – – “Beads on a string” appearance “مظهر ”ال َمسبحة Each bead includes DNA plus 8 histone molecules جزيئات هسيونية8 تشمل كل حبة الدنا باإلضافة إلى String is the linker DNA that connects nucleosomes الخيط هو الدنا الرابط الذي يصل ما بين األجسام النووية – – – – Tight helical fiber is a coiling of the nucleosome string خيط األجسام النووية عبارة عن ليفة مُحكمة الحلزنة – Supercoil is a coiling of the tight helical fiber الحلزنة الفائقة هي التفاف الليفة محكمة الحلزنة – Metaphase chromosome represents the highest level of packing )يمثل كروموزم الطور االستوائي أعلي مستوي من مستويات التعبئة (أقصي حاالت االلتفاف والحلزنة والتكثف – – – DNA packing can prevent transcription Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. يمكن لتعبئة الدنا ان تمنع عملية النسخ 11.3 DNA packing in eukaryotic chromosomes helps regulate gene expression تعبئة الدنا في كروموزومات الكائنات حقيقية النواة تساعد في التحكم في التعبير الجيني Metaphase Chromosome كروموزوم الطور االستوائي DNA double helix (2-nm diameter) الحلزون المزدوج للدنا )nm2 (القطر Tight helical fiber (30-nm diameter) ليفة ُمحكمة الحلزوني )nm 30 (قطر Linker الدنا الرابط “Beads on a string” َمسبحة Histones الهيستونات Nucleosome (10-nm diameter) الجسم النووي )nm10 (القطر Supercoil (300-nm diameter) الحلزنة الفائقة )nm300 (القطر 700 nm DNA packing in a eukaryotic chromosome تعبئة الدنا في كروموزوم الكائنات حقيقية النواة 10.4 DNA replication depends on specific base pairing يتوقف تضاعف الدنا على خصوصية االرتباط بين القواعد النيتروجينية DNA replication follows a semiconservative model يتبع تضاعف الدنا نموذج شبة تحفظي – The two DNA strands separate – ينفصل خيطا الدنا – Each strand is used as a pattern to produce a complementary strand, using specific base pairing باستخدام خاصية االرتباط بين القواعد,– ويستخدم كل خيط كقالب إلنتاج خيط مُكمل له النيتروجينية – Each new DNA helix has one old strand with one new strand – كل حلزون دنا جديد به خيط قديم وخيط جديد Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Untwisting and replication of DNA semiconservatively فك حلزنه الدنا وتضاعفه بالطريقة شبة التحفظية Parental molecule of DNA جزئ الدنا األبوي Nucleotides نيوكليوتيدات Both parental strands serve as templates يستخدم كالً من الخيطيين األبوية كقالبين Two identical daughter molecules of DNA جزيئين بنوويين متماثلين للدنا A template mode for DNA replication النموذج القالبي لتضاعف الدنا THE FLOW OF GENETIC INFORMATION FROM DNA TO RNA TO PROTEIN تدفق المعلومات الوراثية من الدنا إلى الرنا فالبروتين Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 10.6 The DNA genotype is expressed as proteins, which provide the molecular basis for phenotypic traits التي توفر األساس الجزئي,النوع الوراثي للدنا ُيعبر عنه بالبروتينات للنوع المظهري للهيئات A gene is a sequence of DNA that directs the synthesis of a specific protein الجين عبارة عن تسلسل من الدنا يوجه بناء نوع معين من البروتين – DNA is transcribed into RNA – يتم استنساخ الدنا إلى الرنا – RNA is translated into protein – يتم ترجمة الرنا إلى البروتين The presence and action of proteins determine the phenotype of an organism توفر البروتينات وممارستها لوظائفها من شأنه تحديد النوع المظهري للكائن Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. DNA الدنا Genotype النوع الوراثي Transcription النسخ RNA الرنا Nucleus النواة Cytoplasm السيتوبالزم Translation الترجمة Protein بروتين Phenotype النوع المظهري Flow of genetic information in a eukaryotic cell تدفق المعلومات الوراثية في خلية حقيقية النواة 10.7 Genetic information written in codons is translated into amino acid sequences يتم ترجمة المعلومات الوارثية المكتوبة على هيئة شفرات إلى تسلسالت من األحماض االمينية The sequence of nucleotides in DNA provides a code for constructing a protein يوفر تسلسل النيوكليوتيدات في الدنا الشفرات الوراثية الالزمة لبناء البروتين – Protein construction requires a conversion of a nucleotide sequence to an amino acid sequence – يتطلب بناء البروتين قلب تسلسل النيوكليوتيدات إلى تسلسل األحماض األمينية – Transcription rewrites the DNA code into RNA, using the same nucleotide “language” باستخدام نفس ”لغة ”النيوكليوتيدات,– تعيد عملية النسخ كتابة شفرة الدنا إلى الرنا – Each “word” is a codon, consisting of three nucleotides تتكون من ثالث نيوكليوتيدات متتالية,– كل ”كلمة“ عبارة عن شفرة – Translation involves switching from the nucleotide “language” to amino acid “language” – تشتمل عملية الترجمة على التحول من ”لغة“ النيوكليوتيدات إلى ”لغة“ األحماض األمينية – Each amino acid is specified by a codon – ُيختص كل حامض ألميني بشفرة خاصة به – 64 codons are possible شفرة محتملة64 – هناك – Some amino acids have more than one possible codon – بعض االحماض األمينية لها أكثر من شفرة محتملة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. DNA molecule جزيء دنا Gene 1 1 جين Transcription & translations of codons نسخ وترجمة وحدات الشفرة الوراثية Gene 2 2 جين Gene 3 3 جين DNA strand خيط الدنا Transcription النسخ RNA الرنا Translation الترجمة Codon وحدة الشفرة Polypeptide متعدد البيبتيدات Amino acid حمض أميني 10.8 The genetic code is the Rosetta stone of life مواصفات الشفرة الوراثية هي بمثابة حجر رشيد* للحياة Characteristics of the genetic code مواصفات الشفرة الوراثية – Triplet: Three nucleotides specify one amino acid – ثالثية :ثالثة نيوكليوتيدات متتالية تختصص بحامض أميني واحد – 61 codons correspond to amino acids – تتطابق 61شفرة مع األحماض األمينية – AUG codes for methionine and signals the start of transcription – تشفر AUGللميثايونين وتعطي إشارة البدء لعملية النسخ – 3 “stop” codons signal the end of translation – تعطي 3شفرات ”توقف“ إشارة انهاء عملية الترجمة * حجر تم اكتشافه عام 1799في بلدة رشيد بمصر يحمل نقوش متوازية باليونانية والهيروغليفية مما ساعد على حل رموز هذه األخيرة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 10.8 The genetic code is the Rosetta stone of life مواصفات الشفرة الوراثية هي بمثابة حجر رشيد* للحياة – Redundant: More than one codon for some amino acids قد يوجد أكثر من شفرة لبعض األحماض األمينية:الترادف – Unambiguous: Any codon for one amino acid does not code for any other amino acid أي شفرة ألي من األحماض األمينية ال ُتستخدم ألي حامض أميني أخر:عدم الغموض – – Does not contain spacers or punctuation: Codons are adjacent to each other with no gaps in between الشفرات ملتصقة ببعضها البعض بدون أي فراغات:ال تحتوي على فراغات أو عالمات وقف بينها – – – Nearly universal “ً العمومية والشمول ”تقريبا Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. – Third base First base Second base Dictionary of the genetic code (RNA codons) “معجم الشفرة الوراثية ”شفرات الرنا Deciphering the genetic information in DNA حل شفرة المعلومات الوراثية في الدنا Strand to be transcribed الخيط ال ُمعد للنسخ DNA Transcription النسخ RNA Stop codon شفرة االنهاء Start codon شفرة البدء Polypeptide متعدد البيبتيدات Met Translation ترجمة Lys Phe 10.16 Mutations can change the meaning of genes يمكن للطفرة أن تغير معني الجينات A mutation is a change in the nucleotide sequence of DNA الطفرة هي َتغير في تسلسل نيوكليوتيدات الدنا – Base substitutions: replacement of one nucleotide with another استبدال نيوكليوتيد بأخر:– االستعاضة القاعدية Effect depends on whether there is an amino acid change that alters the function of the protein يعتمد التأثير على ما إذا كان هناك حامض أميني يغير وظيفة البروتين أم ال – Deletions or insertions: Alter the reading frame of the mRNA, so that nucleotides are grouped into different codons وبذلك يتم تجميع النيوكليوتيدات في شفرات,– الحذف أو اإلضافة يغير إطار القراءة للرنا المرسال مختلفة Lead to significant changes in amino acid sequence downstream of mutation تؤدي إلى تغيرات ملحوظة في تسلسل األحماض األمينية أسفل نقطة الطفرة Cause a nonfunctional polypeptide to be produced تؤدي إلى انتاج متعدد بيبتيدات عديم الفائدة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 10.16 Mutations can change the meaning of genes يمكن للطفرة أن تغير معني الجينات Mutations can be يمكن أن تكون الطفرات – Spontaneous: due to errors in DNA replication or recombination نتيجة ألخطاء في تضاعف أو االتحادات الوراثية للدنا:– تلقائية – Induced by mutagens – مستحدثة بال ُمطفرات – High-energy radiation – االشعاع عالى الطاقة – Chemicals – المواد الكيميائية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Normal hemoglobin DNA دنا الهيموجلوبين الطبيعي mRNA Normal hemoglobin الهيموجلوبين الطبيعي Glu Mutant hemoglobin DNA دنا الهيموجلوبين الطافر * mRNA Sickle-cell hemoglobin هيموجلوبين الخلية المنجلية Val * The molecular basis of Sickle-cell disease األساس الجزيئي لمرض الخلية المنجلية Normal gene الجين الطبيعي mRNA Protein بروتين Met Lys Phe Gly Ala Lys Phe Ser Ala Base substitution االستعاضة القاعدية Types of mutations and their effects أنواع الطفرات وتأثيراتها المختلفة Met Base deletion الحذف القاعدي Met Missing حذف Lys Leu Ala His Chapter 11 الباب الحادي عشر How Genes Are Controlled كيفية التحكم في الجينات PowerPoint Lectures for Biology: Concepts & Connections, Sixth Edition Campbell, Reece, Taylor, Simon, and Dickey Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Lecture by Mary C. Colavito Translated by Nabih A. Baeshen CONTROL OF GENE EXPRESSION التحكم في التعبير الجيني Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 11.1 Proteins interacting with DNA turn prokaryotic genes on or off in response to environmental changes البروتينات المتفاعلة مع الدنا ُتشغل أو تغلق جينات الكائنات أولية النواة استجابة لتغيرات بيئية Gene expression is the overall process of information flow from genes to proteins التعبير الجيني هي العملية االجمالية لتدفق المعلومات من الجينات إلى البروتينات – Mainly controlled at the level of transcription – ويتم التحكم فيها عند مستوي النسخ – A gene that is “turned on” is being transcribed to produce mRNA that is translated to make its corresponding protein – ويقوم الجين الذي تم ”تشغيله“ بعملية النسخ إلنتاج الرنا المرسال الذي يتم ترجمته لبناء بروتينه المُطابق – Organisms respond to environmental changes by controlling gene expression – تستجيب الكائنات الحية للتغيرات البيئية عبر التحكم في التعبير الجيني An operon is a group of genes under coordinated control in bacteria األوبارون عبارة عن مجموعة من الجينات تحت سيطرة تحكم ُم َن َسق في البكتريا Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 11.1 Proteins interacting with DNA turn prokaryotic genes on or off in response to environmental changes البروتينات المتفاعلة مع الدنا ُتشغل أو تغلق جينات الكائنات أولية النواة استجابة لتغيرات بيئية The lactose (lac) operon includes( يشمل أوبارون الالكتوز – – – – – Three adjacent genes for lactose-utilization enzymes ثالثة جينات متتالية تتحكم في بناء انزيمات االستفادة من الالكتوز Promoter sequence where RNA polymerase binds التسلسل المحفز حيث مكان ارتباط انزيم بلمرة الرنا Operator sequence is where a repressor can bind and block RNA polymerase action َ تسلسل ال ُم – شغل حيث مكان ارتباك المثبط الذي َيحول دون عمل انزيم بلمرة الرنا Regulation of the lac operon التحكم في أوبارون الالكتوز – Regulatory gene codes for a repressor protein – يشفر الجين المُنظم لبناء البروتين المثبط – In the absence of lactose, the repressor binds to the operator and prevents RNA polymerase action – يرتبط المثبط بالمُشغل و َيحُ ول دون عمل انزيم بلمرة الرنا,في غياب الالكتوز – Lactose inactivates the repressor, so the operator is unblocked – فيعمل المُشغل,يقوم الالكتوز بتعطيل المُثبط Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 11.1 Proteins interacting with DNA turn prokaryotic genes on or off in response to environmental changes البروتينات المتفاعلة مع الدنا ُتشغل أو تغلق جينات الكائنات أولية النواة استجابة لتغيرات بيئية Types of operon control – Inducible operon (lac operon) أنواع التحكم في األوبارون )األوبارون ال ُمستحث (أوبارون الالكتوز – Active repressor binds to the operator – يرتبط المُثبط النشط بالمُشغل – Inducer (lactose) binds to and inactivates the repressor – يرتبط المُستحث ”الالكتوز) بالمثبط ويعمل على تعطيله – Repressible operon (trp operon) )األوبارون ال ُم َث َبط (أوبارون التريبتوفان – Repressor is initially inactive – المُثبط بادئ ذي بدء مُعطل – Corepressor (tryptophan) binds to the repressor and makes it active – قرين ال ُمثبط (الحامض األميني التريبتوفان) يرتبط بالمثبط وينشطه – For many operons, activators enhance RNA polymerase binding to the promoter – تقوي الناشطات عملية ارتباط انزيم بلمرة الرنا بال ُمحفز,بالنسبة للعديد من األوبارونات Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. OPERON Regulatory Gene الجين ال ُمنظم Promoter Operator ال ُمحفز ال ُمشغل أوبارون Lactose-utilization genes جينات االستفادة من الالكتوز DNA mRNA Protein RNA polymerase cannot attach to promoter ال يستطيع انزيم بلمرة الرنا االرتباط بالمحفز Active repressor ال ُم َثبط النشط Operon turned off (lactose absent) )أوبارون ُمعلق (غياب الالكتوز DNA RNA polymerase bound to promoter انزيم بلمرة الرنا مرتبط بال ُمشغل mRNA Protein Lactose Inactive repressor ُمثبط ُمعطل Enzymes for lactose utilization انزيمات االستفادة من الالكتوز Operon turned on (lactose inactivates repressor) )أوبارون شغال (يعطل الالكتوز ال ُمثبط 11.2 Differentiation results from the expression of different combinations of genes ينتج التمايز من تعبير توافيق جينية مختلفة Differentiation involves cell specialization, in both structure and function في كل من التركيب والوظيفة، يشمل التمايز التخصص الخلوي Differentiation is controlled by turning specific sets of genes on or off يتم التحكم في التمايز بتشغيل أو غلق مجاميع خاصة من الجينات Gene expression control in Eukaryotes is brought about by turning specific sets of genes on or off يتم التحكم في التعبير الجيني في الكائنات حقيقية النواة بتشغيل أو غلق مجاميع خاصة من الجينات Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 11.5 Complex assemblies of proteins control eukaryotic transcription تجمعات معقدة من البروتينات تتحكم في عملية النسخ في الكائنات حقيقية النواة Regulatory proteins that bind to control sequences البروتينات المنظمة التي ترتبط بالتسلسالت التحكمية – Transcription factors promote RNA polymerase binding to the promoter – تحفز عوامل النسخ انزيم بلمرة الرنا لالرتباط بالمحفز – Activator proteins bind to DNA enhancers and interact with other transcription factors – ترتبط الناشطات البروتينية بمقويات الدنا وتتفاعل مع عوامل النسخ األخرى – Silencers are repressors that inhibit transcription – الكاتمات هي مثبطات تمنع عملية النسخ Control sequences تسلسالت التحكم – Promoter المحفز – Enhancer المقوي – Related genes located on different chromosomes can be controlled by similar enhancer sequences – الجينات المرتبطة بعالقات معينة فيما بينها والموجودة على كروموزومات مختلفة يمكن التحكم فيها بتسلسالت مقوية متشابهة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Enhancers المقويات Promoter المحفز Gene جين DNA Transcription factors عوامل النسخ Activator Proteins بروتينات التنشيط Other proteins بروتينات أخرى RNA polymerase انزيم بلمرة الرنا Bending of DNA انثناء الدنا Transcription عملية النسخ A model for the turning on of a eukaryotic gene نموذج للتحكم في تشغيل إحدى الجينات في خلية حقيقية النواة CLONING OF PLANTS AND ANIMALS استنساخ النباتات والحيوانات Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 11.14 Plant cloning shows that differentiated cells may retain all of their genetic potential يوضح استنساخ النبات أن الخاليا المتمايزة يمكنها االحتفاظ بكل مخزونها الوراثي Most differentiated cells retain a full set of genes, even though only a subset may be expressed حتى وإن تم التعبير عن مجموعة, تحتفظ معظم الخاليا المتمايزة بكامل مجموعة جيناتها معينة فقط منها Evidence is available from وهناك دالئل تشير إلى ذلك – Plant cloning (A root cell can divide to form an adult plant) )– استنساخ النبات (يمكن للخلية الجذرية أن تنقسم لتكون نبات بالغ – Animal limb regeneration – إعادة توليد األطراف الحيوانية – Remaining cells divide to form replacement structures – تنقسم الخاليا المتبقية لتكون تراكيب تعويضية – Involved dedifferentiation followed by redifferentiation into specialized cells – يلي ذلك التمايز إعادة التمايز للحصول على خاليا متخصصة Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Root of carrot plant جذر نبات الجزر Single cell خلية واحدة Root cells cultured in nutrient medium استزراع خاليا جذرية في بيئة غذائية Cell division in culture االنقسام الخلوي في المزرعة Plantlet Adult plant النبات البالغ نبتات صغيرة Growth of a carrot plant from a differentiated root cell نمو نبات الجزر من خلية جذرية متمايزة 11.15 Nuclear transplantation can be used to clone animals يمكن بزراعة النواة أن نقوم باستنساخ الحيوانات Nuclear transplantation زراعة النواة – Replacing the nucleus of an egg cell or zygote with a nucleus from an adult somatic cell – استبدال نواة الخلية البيضية أو الالقحة بنواة من خلية جسدية بالغة – Early embryo (blastocyst) can be used in – يمكن استخدام الجنين المبكر (طور المُفلجة) لذلك الغرض – Reproductive cloning االستنساخ التكاثري – Implant embryo in surrogate mother for development – استزراع الجنين في األم البديلة للتكوين الجنيني – New animal is genetically identical to nuclear donor – يكون الحيوان الجديد متماثل وراثيا ً مع نواة المعطي – Therapeutic cloning االستنساخ العالجي – Remove embryonic stem cells and grow in culture for medical treatments – نقل الخاليا الجنينية الجذعية إلى مزرعة نسيجية لتنميتها الستخدامها في العالج الطبي – Induce stem cells to differentiate تحفيز الخاليا الجذعية للتمايز Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Donor Cell الخلية المعطية Remove nucleus from egg cell إزالة النواة من الخلية البيضيه Add somatic cell from adult donor إضافة خلية جسدية من ُمعطي بالغ Nucleus from donor cell نواة الخلية المعطية Grow in culture to produce an early embryo (blastocyst) )تنمو في مزرعة نسيجية لتنتج جنين مبكر (طور المفلجة Reproductive Cloning االستنساخ التكاثري Implant blastocyst in surrogate mother استزراع المفلجة في األم البديلة Clone of donor is born المولود ال ُمستنسخ من الخلية المعطيه Therapeutic Cloning االستنساخ العالجي Remove embryonic stem cells from blastocyst and grow in culture نقل الخاليا الجذعية الجنينية من ال ُمفلجة وتنميتها في المزرعة النسيجية Induce stem cells to form specialized cells تحفيز الخاليا الجذعية لتكوين خاليا متخصصة Chapter 12 الباب الثاني عشر DNA Technology and Genomics تقنية الدنا ”التقنية الحيوية“ وشئون جينومية PowerPoint Lectures for Biology: Concepts & Connections, Sixth Edition Campbell, Reece, Taylor, Simon, and Dickey Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. Lecture by Mary C. Colavito Translated by Nabih A. Baeshen Recombinant DNA Techniques ) تقنيات الحمض النووي االتحادي (المعاد اتحاده Gene splicing, which results in recombinant DNA, is one of the most exciting aspects of genetic engineering. أحد أكثر الجوانب المثيرة للهندسة الوراثية هو ربط الجينات الذى يؤدي إلى إعادة اتحاد .DNA الـ The DNA molecule can be cut at precise points and specific genes removed and transferred from one cell to another, even from such widely divergent species as plants beings and bacteria. يمكن أن يقطع في نقاط محددة وتنقل هذه الجينات من خلية إلى أخرىDNA جزيء الـ . وتم هذا على نطاق واسع من األنواع مثل النبات والبكتيريا، Steps to produce a recombinant DNA in the colon bacteria E. Coli (by genetic engineering technolog( ) (تقنية الهندسة الوراثيةE . Coli ) في بكتيريا القولونrecombinant( اتحاديDNA خطوات انتاج أ و A- Each E. coli cell contains one chromosome and several small circlets of DNA called plasmids. (plasmids) الصغيرة المسماة بالبالزميداتDNA كل خلية بكتيرية تحتوي على كروموزوم واحد وعدد من حلقات.أ B- The plasmids can be isolated from bacteria that have been ruptured . يمكن عزل البالزميدات من البكتيريا بعد تمزيق الجدار الخلوي.ب C- Restriction enzyme can break the plasmid at specific location .) له القدرة على كسر البالزميد في نقطة معينةRestriction enzyme( أحد االنزيمات المقصورة.ج D-The same restriction enzyme can be used to remove a segment of DNA –say the insulin gene-from a human cell. . مثالً الجين الموجه إلنتاج االنسولين من خلية إنسانيةDNA نفس االنزيم يمكن استخدامه القتطاع جزء معين من الـ.د E- The human gene is inserted into the E. coli plasmids by ligase enzyme and the result, is “recombinant” DNA. )recombinant( اتحاديDNA يتم إدخال الجين االنساني ببالزميد البكتيريا بواسطة اإلنزيم الالحم والنتيجة هي.هـ E. The recombinant plasmids can now be reinserted into E. coli cells where they will subsequently be reproduced, each time the bacterium divides. . يمكن ادخال البالزميد في خاليا بكتيرية جديدة حيث يتضاعف تباعا ً في كل انقسام بكتيري ويجعل البكتيريا تنتج االنسولين االنساني.و جدول 16.6 بعض منتجات البروتين من تقنية الدنا االتحادي المنتج المصدر االستخدام االنسولين البشري بكتريا القولون عالج داء السكري هرمون النمو البشري بكتريا القولون عالج قصور النمو عامل النمو الجلدي بكتريا القولون عالج الحروق ,القُرح ”القرحات“ االنترلوكين 2- بكتريا القولون عالج ممكن للسرطان هرمون النمو البقري بكتريا القولون يساعد في تسمين األبقار انزيم هضم السيليولوز بكتريا القولون تحليل السيليولوز إلطعام الحيوانات تاكسول بكتريا القولون عالج لسرطان المبايض انترفيرون (ألفا وجاما) خميرة الخباز ,بكتريا القولون عالج ممكن للسرطان والعدوى الفيروسية تطيعم فيروس االلتهاب الكبدي B خميرة الخباز الوقاية من الفيروسات الكبدية هرمون تكون الكريات الحمراء خاليا ثديية عالج فقر الدم عامل VIII خاليا ثديية عالج نزيف الدم منشط مولد بالزما األنسجة خاليا ثديية عالج نوبات القلب وبعض الجلطات القلبية Human insulin produced by bacteria أنسولين بشري ُمنتج بواسطة البكتيريا GENETICALLY MODIFIED ORGANISMS ً الكائنات ال ُمعدلة وراثيا Copyright © 2009 Pearson Education, Inc. 12.8 CONNECTION: Genetically modified organisms are transforming agriculture أحدثت الكائنات ال ُمعدلة وراثيا ً نقله نوعية في مجال الزراعة:رابطة تطبيقية Genetically modified (GM) organisms contain one or more genes introduced by artificial means ً تحتوي الكائنات ال ُمعدلة وراثيا ً على جين أو أكثر والذي تم دمجه فيها صناعيا Transgenic organisms contain at least one gene from another species تحتوي الكائنات ال ُمحورة على جين واحد على األقل منقول إليها من كائن أخر GM plants ( ً )النباتات ال ُمعدلة وراثيا – Resistance to herbicides ()مقاومة للمبيدات الزراعية – Resistance to pests ()مقاومة لآلفات – Improved nutritional profile ( )تحسن وضع المواد الغذائية GM animals ( ً )الحيوانات ال ُمعدلة وراثيا – Improved qualities ( )تحسين الجودة النوعية – Production of proteins or therapeutics (انتاج البروتينات او المواد )العالجية Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.